Скільки MOSFET можна безпечно паралельно за умови дуже високих струмів? У мене були проблеми з моторним додатком на 48V 1600A

Я спробував з деякими конфігураціями, в яких 16 + 16 MOS-наборів по 240А кожен (насправді вони обмежені на 80-90А через вихідний термінал, але я подвоїв цей термінал із дуже товстим мідним дротом для кожного з них). дуже симетричне розташування, 16 MOSFETS в транзисторному положенні та 16 в конфігурації синхронного випрямляча, і вони все ще здаються в деяких точках відмови, і я не можу зрозуміти, як уникнути відмови.

На них напали всі з драйвером IR21094S, і кожен 2 транзистор був керований драйвером MOSFET тотем-полюсом TC4422. Двигун - це 10кВт постійного струму, тобто номінал 200А, і на початку, мабуть, візьмуть 1600А. Індуктивність, здається, становить 50 мкг, швидкість наростаючого струму в імпульсах = 1 А / мкс на частоті 50 В, вибрана частота - 1 кГц, ШИМ-сигнал з конфігурацією синхронного випрямлення

Я не можу зрозуміти, чому навіть схема була ретельно виготовлена, з 4 модулями, симетрично поставленими і з окремими вихідними провідниками до мотора, і з незалежними снуберами, і з моторним снудером, транзистори все ще виходять з ладу. Здається, схема працює нормально, але через деякий час, як десятки хвилин (температура в нормі, близько 45 С), як правило, при прискоренні, як правило, виходять з ладу синхронні діоди, за якими слідують усі транзистори

Я спочатку намагався відчути струм на MOSfets, використовуючи паралельно невеликий MOSFET (сток-стік, ворота / ворота через zenner, джерело малих мозок до резистора 22 Ом і після підсилювача напруги для активації схеми захисту від швидкого відключення) , але через швидший час комутації малий мосфет вводився завжди перед головним транзистором, порушуючи захисну ланцюг і роблячи його непридатним ...

Я не прострілююсь, я використовував пробіл через драйвер, я підозрюю лише асиметрію в паразитарних індуктивностях. Скільки МОЗФЕТів ви успішно провели паралельно та в яких умовах?

Один з 8 модулів живлення

Всі модулі живлення

Деякі з водіїв

Половина складання

Весь стек, без конденсаторів

Вихідний сигнал

Падіння краю, вихід жовтий, синє напруга 48В Подача підтримується лише деякими спорадично розподіленими керамічними конденсаторами 100uF і 100nF, щоб уникнути опіків MOSFET при первинних виправленнях.

Зростаючий край; Ви можете бачити, що перегір дуже маленький, всього 5 вольт. транзистори знаходяться на рівні 75 В

Очікуючи, що в 1600А, ви підходите до цієї проблеми через неправильний вибір перемикаючих компонентів. TO-220 N-FET, припаяні до мідних дощок, здається недостатньою для цього застосування, і велика кількість пристроїв означає, що ймовірність виходу з ладу компонентів висока і може бути каскадною.

Для застосувань приводних двигунів модульні FET можуть бути більш підходящими, навіть якщо вони значно дорожчі за одиницю.

• Microsemi APTM20AM04FG
• Digikey має в своєму розпорядженні одиночні N-FET, здатні до високого струму

Ці модулі дозволять вам зменшити загальну кількість комутаційних пристроїв у вашій конструкції та дозволять з’єднати їх із шиною, а не з асортиментом оголених FR4 з міддю.

Навіть перехід на інший пакет зі свинцевим / SMD FET може бути більш підходящим та забезпечити менше компонентів:

• H2PAK-2 180A STH310N10F7-6
• D2PAK7 240A IRFS3107TRL7PP
• TO-247-3 209A IRFP2907PBF
• TO-247-3 400A IXFH400N075T2
• 24-BESOP 500A MMIX1F520N075T2 (потрібен спеціальний радіатор)

Пам'ятайте: ваш час чогось вартий. Перебудова системи кожного разу, коли трапляються катастрофічні збої, коштує вам і відштовхується від завершення та перевірки системи. Кращі БНТ можуть бути дорогими, але не вибухаючи десятки вдруге, ви заощадите компоненти та час.

Для діагностики представленої конструкції:

На вашій дошці драйвера схоже, що у вас занадто мало ємності для завантаження. 3x100nF майже напевно потрібно доповнити додатковими від 1 до 10 с, щоб забезпечити стабільність живлення воріт.

Під час тестування ви перевірили, що зміна затримки / часу приводу каналу до каналу є прийнятною, навіть у межах ваших щедрих 2-х мертвого часу? Можлива також зйомка модуля до модуля, особливо якщо драйвер затвора виходить з ладу, залишаючи FET увімкненим. Крім того, перевірка температури корпусу під час роботи термопарою або ІЧ-камерою дозволить вам переконатися, що деталі перегріваються чи не перегріваються.

Ваша згадка про «посилення» відведення транзистора здається, що це не дуже допоможе, враховуючи ліміти IRFS7730 для пакету кремнію / 196А для пакету 246A . Це також додаткова робота, необхідна для складання системи, збільшуючи витрати на оплату праці та потенційну ненадійність.

Крім того, ваші зростаючі та спадаючі зображення вказують на серйозні проблеми з обхідною ємністю. Ви знижуєте напругу на шині ~ 50% ! У вас ОБОВ'ЯЗКОВО мати достатній об'ємний байпас як у загальному значенні (100+ UF, ймовірно), так і в номінальному струмі пульсації (> 100Arms стаціонарний стан, більше під час запуску) для успішної реалізації вашої системи. Вкрай важко постачання "відсипання" може бути частиною причини ваших повних збоїв у системі. Ці конденсатори будуть дорогими. Частини уздовж ліній цих плівкових конденсаторів можуть бути доречними, залежно від способу побудови та вимог.

Додаткове посилання: Примітка програми Infineon щодо поточних оцінок силових напівпровідників та теплової конструкції

Ви можете розмістити схему для отримання додаткової інформації, резистори затворів відіграють роль у швидкості включення / вимкнення (не тільки струму, що подається тотемним полюсом)

1. Напруга

Я працював з силовими мотоблоками в топології напівмостового та повного мостів, і одна з більшості причин несправності, як видається, - це сплески напруги. Диоди телевізійних каналів через нижній бічний вимикач можуть допомогти. Але справжнє рішення - покластися на рейтинг лавини в мошетті і Завищення напруги MOSFET (VDS) Отже, для системи 24В використовуйте 75V MOSFET, для системи 36V використовуйте 100V MOSFET і для 48V використовуйте 150V MOSFET.

2. Поточний

Поточний показник швидкості руху ваших мембран для стаціонарного та перевантаженого стану, використовуйте кількість мотофлетів, які можуть безпечно справлятись (термічна межа), обробляти безперервний показник роботи двигуна, а шипи керуються самими мошфетами, тому що можуть легко обробляти надмірний струм, вам не потрібно 16 Мосфет, наприклад, цей infineon mosfet має оцінку 7,5 МОм при 150 В в пакеті to220. Тож для 200а 8 з них паралельно повинні працювати, якщо радіатор спрацьовує належним чином. Втрати потужності в кожному транзисторі становлять (200/8) x (200/8) x7,5 = 4,6 Вт, що реально. і натискання 25a на транзистор знаходиться в межах максимальної межі проводів, що залишає простір для поточних шипів.

3. Обмеження струму

Додавання датчика струму, ефекту Холла або шунта на 1 мілі ом з підсилювачем струму повинно працювати на обмеженні уповільнення прискорення та запобіганні над поточним станом, якщо вибираєте струм і керуєте ШІМ досить швидко ( цикл за обмеженням струму циклу )

4. Привід і макет воріт

Одним з найважливіших факторів є схема розташування вашої схеми живлення та приводу затвора, оскільки ви перемикаєте високий струм на кілька кілогерц, будь-яка інтенсивність індуктивності в ланцюзі створить величезні сплески напруги, особливо на воротах і джерелах MOSFET. для 16 MOSFET я можу уявити довжину сліду водія воріт або провід! погляньте на деякі додатки щодо мінімізації дзвінків на воротах -937 та APT0402 .

Редагувати:

Після перегляду вашої схеми: рекомендую:

1- Я БУДУ СТРАШИТИ Більше про завищення напруги на мосфеті, і я підкажу свою відповідь автомобільними стандартами, в яких використовуються 40В транзистори в автомобільних системах 12 В, і 75 В для електричних систем вантажних автомобілів 24 В. Я думаю, що причина - це відвал вантажу та такі сплески. це виявиться важливим при польових випробуваннях у жорстких умовах навколишнього середовища, які не знаходяться на вашому тестовому стенді. Отже, найменше, що ви можете зробити, - це використовувати IRFP4468PBF mosfet (100 В оцінюється не 75 В або 60 В, як) пам’ятайте, що система 48 В насправді не є 48 В, тому що батареї повністю заряджені, будь то літієва або свинцева кислоти, є приблизно від 55 до 60 В, тому вам потрібно зберегти деякий запас.

2- Додайте резистори затвора близько 3-5 Ом для кожного транзистора (вони не сповільнюватимуть включення) пам'ятайте 15/3 = 5А на транзистор, який може зарядити ворота Qg = 500nC в: dt = q / I = 100ns, що більше ніж достатньо для частоти комутації 20 Гц.

3-швидке відключення ланцюга не потрібно, просто використовуйте діод Шоткі анти паралельний резистору затвора, оскільки TC4422 швидко відключить мусфет.

4-ВИКОРИСТАННЯ ЛИШЕ ХЕЙТИНКА, я не можу зневажити, що ви підштовхуєте цей струм від мосфета і просто використовуєте цей крихітний металевий шматок металу, щоб відводити тепло, особливо якщо плата працює на час, коли вони виходять з ладу, це означає, що зрив викликаний перегрівом. . якщо у вас є тепловізор, який був би чудовим для виявлення такої концентрації теплового напруги. прикріпіть мостики до алюмінію з мідних товстих брусків і при необхідності використовуйте вентилятори, що використовується у зварювальному апараті

до речі, на цих веб-сайтах розміщені публікації, які б розповіли, як розраховувати термічний опір і скільки тепла буде накопичуватися транзистором при зазначених втратах електроенергії.

5- вибачте за помилку на датчику струму, я мав на увазі шунт повинен бути 100micro Ohm (не 1milli). Краще використовувати контактний менш ізольований датчик Холла навколо дроту, як цей . Пам’ятайте, що двонаправлені датчики струму дуже важливі для приводу двигуна, оскільки ви можете приєднати їх до проводів двигуна (не перед землею), щоб відчути подачу струму та регенеративний струм під час гальмування, щоб ви могли обмежити обидва струму.

Ми використовуємо 4 x 100A (8, у тому числі FETs із зворотним блокуванням), і тестуємо нормально з 400Amp.

У нас виникли проблеми з індуктивними шипами, навіть якщо MOSFET були оцінені за потужність пробою (НЕ ВСІ МОСФЕТИ ВЗАЄМОСЯ НА ПЕРЕКЛЮЧЕННЯ ВІДМОВЛЕНОГО НАПРУГИ). Напруга пробою не було збалансованим, і один MOSFET забирав більшу частину індуктивної потужності при відключенні. А напруга пробою не зростала з температурою.

У нашому випадку ми не перевищували номінальний струм у нашому тесті на розрив напруги, оскільки ми могли отримати несправність пробою напруги лише за допомогою більшого індуктора. Але у вашому випадку у вас може виникнути аварія пікового струму під час відключення напруги, навіть якщо у вас немає теплової несправності.

Крім того, незрозуміло, що ви маєте на увазі під "обмеженим регістром через термінал джерела". Я особисто не використовував MOSFET, де міг би збільшити поточний рейтинг, використовуючи більший провідник.

Примітка: MOSFETs ділиться струмом природно, RDS збільшується зі струмом.

Інша примітка: Ви повинні повністю включати БНТ. У кожного з них буде різна порогова напруга. Це не проблема, якщо ваш ввімкнення швидше, ніж ваш індуктивний вимикач.